Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines metallischen Blockes

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zu Herstellen eines metallischen Blockes mit Voll-oder Hohlprofil. Durch Zerstäuben einer Metallschmelze mittels Druckgas, Auffangen der Zerstäubungspartikel auf einer Auffangfläche, wobei die Auftreffzone des Zerstäubungsstrahles ständig um eine Drehachse rotiert. Um das Herstellungsverfahren zu vereinfachen wird vorgeschlagen, dass lediglich zu Beginn des Verfahrens ein Anfahrstück als Auffangfläche benutzt wird und dass dieses dann kontinuierlich in Richtung der Drehachse abgezogen wird, so dass als Auffangfläche dann im laufenden Verfahren dann nicht mehr der Dorn, sondern die jeweils vorher gebildete Auffangfläche benutzt wird.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur _Her- stellung eines metallischen Blockes, der Voll- oder Hohlprofil aufweisen kann, durch Zerstäuben einer Metallschmelze mittels Druckgas und Auffangen der Zerstäubungspartikel auf einer Auffangfläche. Der Block bildet sich als zusammenhängendes Agglomerat der Zerstäubungspartikel. Als Halbzeug wird ein derartiger Block beispielsweise zu Drähten, Rohren oder anderen Profilen weiterverarbeitet.

[0002] Die Herstellung von Blöcken erfolgt üblicherweise durch Gießen in Kokillen und anschließendes Walzen oder auch durch Stranggießen.

[0003] Nach einem aus der DE-PS 22 52 139 bekannten Verfahren werden Formkörper, z.B. flache Scheiben für Schmiedeteile, erzeugt, indem eine Metallschmelze mittels Druckgas zerstäubt wird und die Zerstäubungspartikel in einer Form aufgefangen werden. Das Verfahren _hat besondere Vorteile, weil Seigerungen und Gußgefüge in den her, gestellten Vorformlingen vermieden werden und daher auch in dieser Hinsicht schwierige Legierungen zu Formteilen verarbeitet werden können. Meist ist mit dieser Vorgehensweise auch eine Verringerung der Zahl der Verformungsstufen bis zum Endprodukt im Vergleich zu einer konventionellen Herstellung verbunden.

[0004] Es wurde auch bereits vorgeschlagen, durch Auffangen der Zerstä_u- bungspartikel in einer zylindrischen Form Blöcke, z.B. für die Rohrherstellung, zu erzeugen. Bei dem bisher bekannten Zerstäubungsverfahren ist jedoch die herstellbare Blocklänge stark begrenzt, da sich bei größeren Längen die Entfernung der Auffangfläche von der Zerstäubungsdüse während des Zerstäubungsvorgang_s zu stark ändert und die Bedingungen für die Strömung des Zerstäub_ung_s- gases und für die Abkühlung der Zerstäubungspartikel zu ungünstig werden. Daher sind Blöcke, deren Länge mindestens doppelt so qro_ß ist wie ihre charakteristische Querabmessung (z.B. Durchmesser oder Diagonale), nicht oder nur bedingt nach diesem Verfahren herstellbar.

[0005] Ferner ist es bekannt, Hohlzylinder, die z.B. in Form von dickwandigen Hohlblöcken als Halbzeuge (Rohrluppen) für die Rohrherstellung benötigt werden, mit unterschiedlichen Wanddicken dadurch herzustellen, daß eine Metallschmelze in kleine Tröpfchen zerstäubt wird und die Zerstäubungspartikel auf einem drehbaren und in Längsrichtung verschiebbaren zylindrischen Dorn aufgefangen werden (GB-PS 1 599 392). Die Dicke der aufgesprühten Schicht, d.h. die Wanddicke des Hohlzylinders ist von der pro Zeiteinheit zerstäubten Schmelzenmenge und von der Geschwindigkeit der Dreh- und Längsbewegung des Dornes abhängig. Die relative Dichte der gesprühten Schicht kann 100 % betragen oder aber auch kleiner sein. Die so hergestellten Hohlzylinder sind für die Warmverarbeitung (z.B. Strangpressen) oder - bei voller Dichte - direkt für die Kaltverarbeitung (z.B. Kaltpilgern) geeignet. Dieses Verfahren bietet gegenüber dem üblichen Weg über das Gießen insbesondere folgende Vorteile:

- keine Seigerungen und Entmischungen,

- weniger Verformungsschritte erforderlich (Energie-und Werkstoffersparnis),

- kein Gußgefüge (bessere Verformbarkeit),

- Herstellung "exotischer" Legierungen möglich.

[0006] Dieses bekannte Sprühverfahren hat jedoch einen wesentlichen Nachteil: Der dreh- und längsverschiebbare Dorn muß eine Oberfläche aufweisen, an der die aufgesprühten Partikel haften, damit sie während der Drehbewegung nicht vom Dorn herunterfallen. Dies hat aber zur Folge, daß der Dorn nach dem Sprühvorgang aus dem Hohlzylinder, der beim Erkalten außerdem noch aufgeschrumpft ist, nicht herausgezogen werden kann. Besteht der Dorn aus einem spröden Werkstoff, z.B. Keramik, muß er zertrümmert und müssen seine Bruchstücke restlos entfernt werden, was mit erheblichem Aufwand verbunden ist.

[0007] Wenn der Dorn aus z.B. Stahlblech gebildet ist, besteht die Gefahr, daß er sich durch die hohe Temperatur der auftreffenden Schmelzenpartikel verzieht. Auch hierbei ist seine unbedingt notwendige Entfernung vor der Endbearbeitung eine aufwendige Angelegenheit.

[0008] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden.

[0009] Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, wobei vorteilhafte Weiterbildungen dieses Verfahrens in den Unteransprüchen 2 - 15 angegeben sind. Eine für die Durchführung dieses Verfahrens geeignete Vorrichtung ist im Anspruch 16 gekennzeichnet und in den Ansprüchen 17 bis 37 mit ihren vorteilhaften Weiterbildungen dargestellt.

[0010] Die Erfindung geht davon aus, daß eine Metallschmelze in an sich bekannter Weise durch ein Druckgas in kleine Partikel zerstäubt wird. Diese Zerstäubungspartikel werden in einer Vorrichtung auf einer Auffangfläche aufgefangen, die sowohl einer Drehbewegung unterliegt, als auch gleichzeitig eine Längsbewegung (im Sinne einer Abzugsbewegung) in Richtung der Drehachse ausführt. Es empfiehlt sich, die Drehachse in einem Winkel, der größer als 90° und kleiner als 180° ist, gegenüber der Richtung des Zerstäubungsstrahles geneigt einzustellen. Infolge der Drehbewegung wandert die Auftreffzone des Zerstäubungsstrahles ständig über die Auffangfläche und bildet ein schichtenweise anwachsendes Agglomerat zusammenhängender Zerstäubungspartikel. Die Formung der sich in Längsrichtung des entstehenden Blockes erstreckenden Oberflächenbereiche wird im Sinne eines Freiformens mittels des Zerstäubungsstrahls durch Steuerung der Bewegung des Agglomerates und zusätzlich oder alternativ hierzu mit Hilfe mindestens einer an sich ortsfest gehaltenen Begrenzungsfläche vorgenommen, auf die jeweils ein Teil des Zerstäubungsstrahls trifft, ohne daran zu haften. Unter einer an sich ortsfesten Begrenzungsfläche wird in diesem Zusammenhang eine Anordnung verstanden, bei der die Begrenzungsfläche nicht aus dem Bereich des Sprühstrahls herausbewegt wird; d.h. neben einer starren Anordnung sind auch die Rotation und oszillierende Bewegungen (mit kurzem Hub) um eine Mittellage zugelassen.

[0011] Die Entfernung der Auffangfläche (d.h. der jeweils obersten Schicht der Zerstäubungspartikel) von der Zerstäubungsdüse, die vorzugsweise als Ringschlitzdüse ausgebildet ist, wird vor Beginn der Zerstäubung auf einen gewünschten Wert eingestellt. Durch Änderung dieser Entfernung läßt sich die Porosität des hergestellten Blockes beeinflussen. Je größer die Entfernung, umso stärker sind die Zerstäubungspartikel beim Auftreffen auf die Auffangfläche bereits durcherstarrt und verformen sich umso weniger, so daß die Porosität zunimmt.

[0012] Zur Erzeugung von Blöcken mit einer einheitlichen Gefügeausbildung werden in bevorzugter Ausführung des Verfahrens, damit die Fluglänge der Zerstäubungspartikel und somit im wesentlichen ihre Abkühlbedingungen konstant bleiben, die Drehbewegung und die Längsbewegung in Abhängigkeit von der pro Zeiteinheit zerstäubten Schmelzenmenge so geregelt, daß die Entfernung der Auftreffzone auf der Auffangfläche von der Zerstäubungsdüse konstant bleibt. Es ist aber auch möglich, diese Entfernung während des Zerstäubungsvorgangs gezielt zu verändern, um im Block Zonen mit unterschiedlichem Gefüge, also mit unterschiedlicher Dichte und Porosität zu erzeugen.

[0013] Bei Beginn des Zerstäubungsvorganges werden die Zerstäubungspartikel auf einem Anfahrstück von einer Fläche aufgefangen, die vorzugsweise mit Nuten oder Zapfen versehen ist, um eine formschlüssige Verbindung mit dem aus den Zerstäubungspartikeln gebildeten Agglomerat zu erzielen. Im weiteren Verlauf des Zerstäubungsvorganges werden die Zerstäubungspartikel von der bei der vorigen Umdrehung niedergeschlagenen Schicht aufgefangen.

[0014] Wenn der Querschnitt des Zerstäubungsstrahles wesentlich kleiner ist als der Querschnitt des zu erzeugenden Blockes und/oder wenn der Blockquerschnitt nicht kreisförmig, sondern polygonal (z.B. quadratisch) ist, muß die Auffangfläche Pendelbewegungen senkrecht zur Richtung des Zerstäubungsstrahles ausführen, damit die Auftreffzone des Zerstäubungsstrahles die gesamte Auffangfläche überstreicht.

[0015] Durch Einstellung des WinkelsOC zwischen der Richtung (Achse) des Zerstäubungsstrahles und der Drehachse der Auffangfläche und Festlegung der Pendelbewegung läßt sich bei vorgegebenem Querschnitt des Zerstäubungsstrahles ein gewünschter Blockquerschnitt herstellen. Es wurde bereits ausgeführt, daß die Formung der sich in Längsrichtung erstreckenden Oberflächenbereiche des Blockes auch allein mit Hilfe des Zerstäubungsstrahles im Sinne eines Freiformens erfolgen kann. Die so entstehenden Oberflächen zeichnen sich durch relativ starke Rauhigkeit aus. Glattere Oberflächen ergeben sich, wenn alternativ oder zusätzlich hierzu ortsfest gehaltene Begrenzungsflächen verwendet werden, deren Gestalt ein Negativbild der jeweils gewünschten inneren und/oder äußeren Blockoberflächenform ist. Die Formung erfolgt in der Weise, daß jeweils ein Teil des Zerstäubungsstrahles auf eine solche Begrenzungsfläche trifft, ohne an der Begrenzungsfläche anzubacken; der übrige Teil des Zerstäubungsstrahles trifft auf die Oberfläche des bereits gebildeten Agglomerates, so daß insgesamt ein zusammenhängender Formkörper entsteht, dessen Oberflächenform durch die Begrenzungsfläche bestimmt wird. Damit das Abziehen des Agglomerates nicht gestört wird, sind die Begrenzungsflächen parallel zur Abzugsrichtung auszurichten. Insoweit besteht eine gewisse Ähnlichkeit zur Formgebung beim Stranggießen.

[0016] Die Begrenzungsflächen können die Außenkontur der Auffangfläche ganz oder teilweise außen umgeben. Zur Herstellung zylindrischer Blöcke bietet sich beispielsweise die Verwendung einer Teilfläche eines Zylinderinnenmantels an. Wesentlich in jedem Fall ist, daß die Begrenzungsfläche im Prinzip ortsfest gehalten wird. Das bedeutet aber, wie bereits erwähnt, nicht unbedingt eine starre Befestigung; vielmehr soll damit ausgedrückt werden, daß die Begrenzungsfläche nicht mit dem entstehenden Block abgezogen wird und insoweit ortsfest angeordnet ist. Es kann jedoch vorteilhaft sein, die Begrenzungsfläche mit geringem Hub (z.B. 3 mm) um eine Mittellage oszillieren zu lassen, um ein Anbacken des Agglomerates an der Begrenzungsfläche zu verhindern. Diese oszillierende Bewegung erfolgt in Richtung der Drehachse der Auffangfläche; bei der Herstellung zylindrischer Blöcke kann sie auch als Drehbewegung (z.B. Winkel 5 - 10°) um die Drehachse der Auffangfläche ausgeführt werden. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich nicht nur Blöcke beliebiger Querschnittsform mit Vollprofil herstellen, sondern auch Blöcke mit Hohlprofil. Hierbei wird für die Formung der Innenoberfläche eine Begrenzungsfläche in Form eines Dornes verwendet, der in einer an sich ortsfesten Lage gehalten, also nicht zusammen mit dem entstehenden Agglomerat abgezogen wird. Der Dorn kann aber wiederum oszillierende Längs- und/oder Drehbewegungen (letzteres nur bei zylindrischer Innenoberfläche) bezüglich der Drehachse der Auffangfläche ausführen, um ein Anbacken des Agglomerates zu verhindern. Bei der Herstellung von Blöcken mit nichtzylindrischer Innenoberfläche muß sich der Dorn, dessen Oberfläche, soweit diese zur Formung dient, einem Negativbild der Innenoberfläche des Hohlblockes entspricht, mit dem gebildeten Agglomerat mitdrehen, damit die Abzugsbewegung nicht blockiert wird. Das Abziehen kann dadurch erleichtert werden, daß der Dorn in Abzugsrichtung leicht konisch ausgeführt wird. Bei der Herstellung von hohlen Blöcken mit zylindrischen Innenoberflächen wird vorteilhaft ein Dorn verwendet, dessen Oberfläche lediglich in einem Teilbereich, und zwar auf der dem Zerstäubungsstrahl zugewandten Seite zylindrisch ausgebildet ist. Die Teilmantelfläche dieses Zylinders erstreckt sich - im Querschnitt von der Zylinderachse aus gesehen - über einen Kreissektor mit einem Öffnungswinkel von weniger als 180°. Die übrigen Oberflächenbereiche des Dornes können, soweit sie auf der Seite des abzuziehenden Agglomerates liegen, z.B. ebenflächig (prismatisch) ausgeführt sein; sie müssen nur innerhalb des gedachten Zylinders liegen, also innerhalb des der Innenoberfläche des Hohlblockes entsprechenden Zylinders. Durch diese Formgehung wird verhindert, daß das sich bildende Agglomerat auf den Dorn aufschrumpfen kann.

[0017] Während der Zerstäubungsstrahl auf den zylindrischen Teil des Dornes trifft, wird das bereits gebildete Agglomerat in einer kontinuierlichen Abzugsbewegung entfernt, wobei diese Abzugsbewegung schraubenlinienförmig durchgeführt wird. Das Agglomerat wird also nicht nur in einer Längsbewegung von dem Dorn abgezogen, sondern dabei gleichzeitig auch um die Längsachse des Dornes gedreht. Auf diese Weise wird ein beständiges "Wachsen" des metallischen Hohlzylinders gewährleistet, weil der Sprühstrahl stets auf den bereits erstarrten Kopfteil der Ablagerung auftrifft und sich mit diesem verbindet. Um das Anfahren des Prozesses zu erleichtern, empfiehlt es sich, zu Beginn der Verfahrens auf den Dorn von außen ein im wesentlichen zylindrisches Anfahrstück zu schieben, das zunächst als Auffangfläche dient. Im Außendurchmesser sollte es dem Außendurchmesser des Hohlzylinders entsprechen. Um das Aufschieben auf den Dorn zu ermöglichen, ist das Anfahrstück zumindest an einem Ende rohrförmig ausgebildet, wobei der Innendurchmesser des Rohres dem Innendurchmesser des zu erzeugenden Hohlzylinders entspricht. Der Sprühstrahl wird zu Beginn des Verfahrens auf den aufgeschobenen Kopfbereich des Anfahrstückes gerichtet, so daß sich die Schmelzenpartikel mit diesem Anfahrstück verbinden. Dadurch ist es ohne weiteres möglich, die Abzugsbewegung auf die entstehende Ablagerung zu übertragen.

[0018] Vorteilhaft wird das Anfahrstück im Kopfbereich außen konisch angeschrägt, wobei es weiterhin nützlich sein kann, in diesem angeschrägten Bereich Zapfen oder Nuten vorzusehen, die eine formschlüssige Verbindung des Anfahrstückes mit der erzeugten Ablagerung sicherstellen. Dieser Kopfteil des Anfahrstücks sollte leicht auswechselbar gestaltet werden, da er vor der Weiterverarbeitung des Hohlzylinders von diesem abgetrennt wird.

[0019] Da das sich bildende Agglomerat nicht an den Begrenzungsflächen anhaften darf, sondern in der Abzugsbewegung über diese Flächen gleiten muß, ist es von Vorteil, diese Flächen z.B. mit Hartmetall oder mit Keramik zu beschichten oder auch mit Hartstoffen (z.B. Titannitrid, Titanoxid, Aluminiumoxid) zu bedampfen. Zumindest sollten sie gehärtet sein und dadurch eine erhöhte Verschleißfestigkeit besitzen, damit ihre Rauhigkeit möglichst lange niedrig bleibt. Förderlich ist es auch, die Begrenzungsflächen zu kühlen. Hierzu sollten insbesondere in oberflächennahen Bereichen entsprechende Kühlkanäle zur Durchleitung eines Kühlmediums vorgesehen werden.

[0020] Im folgenden soll die Erfindung anhand der Beispiele in den Figuren 1 - 5 näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Zerstäubungsanlage mit hydraulischer Abzugsvorrichtung,

Fig. 2 einen Schnitt durch einen Teil einer Zerstäubungsanlage mit Rollenabzug und in Begrenzungswänden geführter Auffangfläche,

Fig. 3 einen Schnitt durch einen Teil einer Zerstäubungsanlage mit in einer Zylindermantelteilfläche geführter Auffangfläche,

Fig. 4 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Anlage zur Herstellung von zylindrischen Hohlblöcken,

Fig. 5 einen Schnitt gemäß Linie A-A in Fig. 4.

Fig. 1 zeigt den Aufbau einer erfindungsgemäßen Zerstäubungsanlage. Der Gießstrahl 3 einer Metallschmelze 2 fließt aus dem Schmelzenbehälter 1 in die Mitte der in diesem Beispiel ringförmig ausgebildeten Zerstäubungsdüse 5 und wird mittels Druckgas, das durch die Leitung 4 in die Zerstäubungsdüse 5 geführt wird, zerstäubt. Die Zerstäubungspartikel des Zerstäubungsstrahles 6 werden zu Beginn des Zerstäubungsvorganges von der Auffangfläche 7 des Anfahrstückes 8 aufgefangen, dessen Kopf auswechselbar ist. Um eine formschlüssige Verbindung zu erhalten, ist die Auffangfläche 7 mit mehreren Zapfen 9 bestückt. Das Anfahrstück 8 wird um eine senkrecht auf dem in diesem Beispiel eben ausgebildeten Mittelstück der Auffangfläche 7 stehende Drehachse gedreht und gleichzeitig in dem Maße in Richtung dieser Drehachse zurückgezogen, wie die Länge des aus den aufgefangenen Zerstäubungspartikeln gebildeten Blockes 10 wächst, so daß der Abstand der jeweiligen Auffangfläche von der Zerstäubungsdüse 5 konstant bleibt. Die Gestalt der Mantelfläche des Blockes 10 bildet sich ohne Verwendung einer äußeren Form (Freiformen).

[0021] Die Drehbewegung der Auffangfläche 7 wird durch einen Motor 11 und Zahnräder 12 bewirkt und mittels Profilwelle 13 auf den Kolben 14 übertragen, der in einem Zylinder 15 beweglich angeordnet ist und gleichzeitig durch eine hydraulische Druckbeaufschlagung in eine Längsbewegung versetzt wird. Der Winkel der Drehachse der Auffangfläche 7 wird durch die Schwenkvorrichtung 16 eingestellt. Diese gesamte Auffangvorrichtung ist auf einem Schlitten 17 montiert, der Bewegungen senkrecht zur Zerstäubungsrichtung ausführen kann.

[0022] In Figur 2 wird als weitere Ausführungsform eine Vorrichtung zur Herstellung beliebig langer Blöcke mit beliebiger Querschnittsform gezeigt. Das Anfahrstück 8, dessen Kopf wiederum auswechselbar ist und dessen Querschnitt über seiner ganzen Länge dem des zu erzeugenden Blockes entspricht, wird von mehreren durch Federkraft angedrückten Rollen 20 gehalten und von diesen in Längsrichtung angetrieben.

[0023] Die Rollen 20 sind selbst in einem im Gehäuse 22 drehbaren Käfig 21 gelagert, der die Drehbewegung auf das Anfahrstück 8 überträgt. Die Antriebe für die Rollen 20, den Käfig 21 und den Schlitten 17 sind nicht dargestellt. Im Gegensatz zu Fig. 1 weist diese Abzugsvorrichtung keine Begrenzung hinsichtlich der abziehbaren Blocklänge auf. Eine gleichzeitige Dreh- und Längsbewegung kann bei Blöcken 10, sofern diese einen kreisförmigen Querschnitt haben, auch dadurch erreicht werden, daß die Achsen der antreibenden Rollen 20 schwenkbar angeordnet und schräg zur Längsachse des Anfahrstücks 8 angestellt werden.

[0024] In Figur 2 werden zur Formung der Mantelflächen des Blockes Begrenzungsflächen (Büchse 23) benutzt. Die Partikel des Zerstäubungsstrahles 6 werden von der Auffangfläche 7 des Anfahrstückes 8 aufgefangen, das sich zu Beginn des Sprühvorgangs in der Büchse 23 befindet. Diese Büchse 23 bestimmt die äußere Kontur des Blockes 10 und ist drehbar (z.B. mittels Kugellager 24) über eine Aufnahme 19 im Gehäuse 22 gelagert.

[0025] Um ein Anbacken der Zerstäubungspartikel an der Innenwand der Büchse 23 zu verhindern, wird vorteilhaft eine oszillierende Bewegung in Richtung der Längsachse des Anfahrstücks 8 über die Aufnahme 19 auf die Büchse 23 gegeben. Der Antrieb hierfür ist nicht dargestellt. Abgesehen von der oszillierenden Bewegung ist die Aufnahme 19 gegenüber dem Gehäuse 22 feststehend angeordnet. Der Anfahrkopf 8 führt die Dreh-und Längsbewegung aus. Er kann eine beliebige Querschnittsform, z.B. Kreis oder Quadrat, aufweisen und überträgt die Drehbewegung auf die den Block 10 aufnehmende Büchse 23. Bei einem Block mit Kreisquerschnitt ist eine drehbare Lagerung der Büchse 23 nicht erforderlich, da ein derartiger Block sich auch in einer feststehenden zylindrischen Büchse 23 drehen kann.

[0026] Eine vorteilhafte Ausführungsform zur Herstellung von Blöcken mit Kreisquerschnitt zeigt Figur 3. In diesem Fall genügt es, für das Auffangen des Zerstäubungsstrahles 6 und das Formen des Blockes 10 als Begrenzungsfläche eine nur im Auftreffbereich des Zerstäubungsstrahles 6 geschlossene Büchse 18 einzusetzen, die die Form eines Teilhohlzylinders hat und im Hinblick auf die Dreh- und Längsbewegung des Anfahrstücks 8 ortsfest angebracht ist. Es kann wiederum vorteilhaft sein, die Büchse 18 eine oszillierende Bewegung um ihre an sich ortsfeste Mittellage ausführen zu lassen, und zwar als Längs- und/oder Drehbewegung bezüglich der Drehachse des Anfahrstücks 8.

[0027] In Figur 4 sind die wesentlichen Bestandteile einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung von Hohlblöcken allerdings ohne die Abzugsvorrichtung dargestellt. Die Zerstäubungsvorrichtung 1, 2, 3, 4, 5 entspricht der in Fig. 1. Der Zerstäubungsstrahl 6 trifft auf einen unterhalb der Ringschlitzdüse 5 ortsfest angeordneten Dorn 27 auf. Der Dorn 27 besitzt in dem dem Zerstäubungsstrahl 6 zugewandten Bereich, wie aus Fig. 5 hervorgeht, eine teilweise zylindrische Oberfläche 28. Die Mantelteilfläche dieses Zylinders erstreckt sich im Querschnitt gesehen über einen Winkel von etwa 135°. Im übrigen Bereich ist der Dorn 27 kleiner ausgebildet als der gedachte zu seiner Zylinderteilmantelfläche gehörige Zylinder.

[0028] Der Dorn 27, dessen Winkelstellung α zum Zerstäubungsstrahl 6 mit Hilfe einer nicht dargestellten Vorrichtung eingestellt werden kann, ist insbesondere im oberflächennahen Bereich von Kühlkanälen 29 durchzogen. Auf den Dorn 27 ist das abnehmbare Kopfstück 25 eines als zylindrische Hohlwelle ausgebildeten Anfahrstücks 8 aufgeschoben. Das Kopfstück 25 ist mit einer Schraube 26 an der Hohlwelle 8 befestigt. In seinem Endbereich ist das Kopfstück 25 konisch abgeflacht.

[0029] Zu Beginn des Zerstäubungsprozesses trifft der Zerstäubungsstrahl 6 auf den konischen Bereich des Kopfstückes 25 und bildet dort die Ablagerung 10. Die Ablagerung 10 verbindet sich mit dem Kopfstück 25 und wird zusätzlich durch den Zapfen 9 formschlüssig gehalten. Während des gesamten Zerstäubungsprozesses unterliegt die Ablagerung 10 einer kontinuierlichen schraubenlinienförmigen Abzugsbewegung. Zu Beginn des Verfahrens wird diese durch eine nicht dargestellte Abzugsvorrichtung über das Anfahrstück 8, 25, 26 übertragen. Im weiteren Verlauf wird die Abzugsbewegung unmittelbar von dem bereits erstarrten Teil des Hohlzylinders aufgenommen. Auf diese Weise entsteht ein metallischer hohlzylindrischer Block "unendlicher" Länge. Seine Innenoberfläche ist dank der Formgebung durch den zylindrischen Teil des Dornes vergleichsweise glatt, während seine Außenoberfläche durch den Zerstäubungsstrahl 6 frei geformt wurde und daher rauh ist.

[0030] Als Abzugsvorrichtung wird zur Herstellung zylindrischer Hohlblöcke mit Vorteil eine solche verwendet, bei der die Abzugsbewegung durch Scheiben, Räder oder Walzen, deren Achswinkeleinstellung und Drehzahl regelbar sind, auf das abzuziehende Agglomerat übertragen wird. Durch Veränderung des Achswinkels kann der pro Umdrehung gewünschte Vorschub eingestellt werden, während durch Änderung der Drehzahl die Geschwindigkeit der Bewegung eingestellt wird. Diese ist bei sonst konstanten Bedingungen bestimmend für die entstehende Wanddicke des Hohlzylinders.

Ansprüche

1. Verfahren zum Herstellen eines metallischen Blockes mit Voll-oder Hohlprofil, dessen Länge mindestens doppelt so groß ist wie seine charakteristische Querabmessung (z.B. Durchmesser oder Diagonale), durch Zerstäuben einer Metallschmelze mittels Druckgas und Auffangen der Zerstäubungspartikel auf einer Auffangfläche, wobei die Auftreffzone des Zerstäubungsstrahles der Metallschmelze zur schichtenweisen Bildung eines zusammenhängenden Agglomerates während der Zerstäubung unter ständiger Rotation der Auffangfläche um eine Drehachse gleichmäßig über die Auffangfläche geführt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß lediglich zu Beginn des Verfahrens ein Anfahrstück als Auffangfläche benutzt wird und daß das sich bildende Agglomerat (zu Beginn des Verfahrens zusammen mit dem Anfahrstück) kontinuierlich in Richtung der Drehachse abgezogen wird, wobei die Formung der sich in Längsrichtung erstreckenden Oberflächenbereiche des entstehenden Blockes im Sinne eines Freiformens mittels des Zerstäubungsstrahls durch Steuerung der Bewegung des bereits gebildeten Agglomerates und/oder mit Hilfe mindestens einer an sich ortsfest gehaltenen Begrenzungsfläche vorgenommen wird, auf die ein Teil des Zerstäubungsstrahls trifft, ohne daran haften zu bleiben.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch h gekennzeichnet,
daß die Drehachse in einem Winkel α, der größer als 90° und kleiner als 180° ist, gegenüber der Richtung des Zerstäubungsstrahls geneigt ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Zerstäubungsstrahl in einer Ringschlitzdüse erzeugt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Entfernung zwischen Zerstäubungsdüse und Auftreffzone konstant gehalten wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Erzeugung möglichst gleichmäßiger Schichten der Zerstäubungspartikel die Auffangfläche während der Zerstäubung in Pendelbewegungen etwa senkrecht zur Richtung des Zerstäubungsstrahles bewegt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Zerstäubungspartikel auf einer Auffangfläche aufgefangen werden, die an ihrer Außenkontur von parallel zur Drehachse angeordneten Begrenzungsflächen umgeben ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Herstellung eines Blockes mit kreisförmigem Querschnitt in einem Teilbereich der Außenkontur der Auffangfläche als Begrenzungsfläche eine Teilfläche eines Zylinderinnenmantels ortsfest angeordnet wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch h gekennzeichnet,
daß zur Erzeugung eines hohlen Blockes die Zerstäubung in Richtung auf eine als an sich ortsfester Dorn ausgebildete Begrenzungsfläche vorgenommen wird, wobei der Dorn eine der Innenoberfläche des zu erzeugenden Blockes entsprechende Außenoberfläche aufweist und mit seiner Längsachse parallel zur Drehachse der Auffangfläche ausgerichtet ist und die Innenoberfläche des Blockes formt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß der Dorn während der Zerstäubung zusammen mit dem Agglomerat um seine Längsachse gedreht wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch h gekennzeichnet,
daß ein Dorn mit in Abzugsrichtung leicht konisch geformter Oberfläche verwendet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch h gekennzeichnet,
daß zur Erzeugung eines zylindrischen Hohlblockes ein lediglich auf der dem Zerstäubungsstrahl zugewandten Seite eine zylindrische Form aufweisender Dorn verwendet wird, der während der Zerstäubung nicht mit der Auffangfläche gedreht wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch h gekennzeichnet,
daß zu Beginn des Verfahrens auf den Dorn ein hohles Anfahrstück geschoben wird, dessen Innenoberfläche zumindest an dem aufgeschobenen Ende der des zu erzeugenden Blockes entspricht, und daß beim Einsetzen der Abzugsbewegung der Sprühstrahl zunächst auf den aufgeschobenen Teil des Anfahrstückes trifft.

13. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet,
daß die Begrenzungsflächen während der Zerstäubung eine oszillierende Längsbewegung in Richtung der Drehachse der Auffangfläche ausführen.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 11, dadurch gekennzeichnet,
daß die Begrenzungsflächen während der Zerstäubung eine oszillierende Drehbewegung um die Drehachse der Auffangfläche ausführen.

15. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet,
daß die Begrenzungsflächen gekühlt werden.

16. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer Einrichtung zur Gaszerstäubung einer Metallschmelze und einer in Zerstäubungsrichtung gesehen unterhalb der Zerstäubungsdüse angeordneten motorisch drehbaren Auffangfläche für die Zerstäubungspartikel,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Auffangfläche (7) auf einem Anfahrstück (8) angeordnet ist und daß das Anfahrstück (8) bzw. das bei der Zerstäubung gebildete Agglomerat in Richtung der Drehachse der Auffangfläche (7) mittels eines Antriebes (14, 15 bzw. 20) rückziehbar ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16,
dadurch h gekennzeichnet,
daß die Drehachse in einem Winkel α, der größer als 90° und kleiner als 180° ist, gegenüber der Zerstäubungsrichtung der Düse (5) geneigt ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet,
daß die Neigung der Drehachse des Anfahrstückes (8) durch eine Schwenkvorrichtung (16) einstellbar ist.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet,
daß das Anfahrstück (8) mittels eines Schlitten (17) senkrecht zur Zerstäubungsrichtung bewegbar ist.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch h gekennzeichnet,
daß das Anfahrstück (8) in der Anfahrstellung von dicht anliegenden, parallel zur Drehachse verlaufenden und gegenüber dem Kopf des Anfahrstückes (8) gleitend gelagerten Begrenzungsflächen (18, 23) umgeben ist.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet,
daß die Begrenzungsflächen (23) zusammen mit dem Anfahrstück (8) drehbar gelagert sind.

22. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet,
daß das an seinem Kopf einen kreisförmigen Querschnitt aufweisende Anfahrstück (8) nur in einem Teilbereich von den Begrenzungsflächen (18) umgeben ist, die die Form eines Teils eines Zylinderinnenmantels aufweisen.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 19,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Erzeugung eines hohlen Blockes im Bereich des Zerstäubungsstrahles (6) der Düse (5) ein Dorn (27) mit parallel oder leicht konisch zur Drehachse des Anfahrstücks (8) verlaufender Mantelfläche ortsfest angeordnet ist, die der Innenoberfläche des zu erzeugenden Blockes entspricht.

24. Vorrichtung nach Anspruch 23,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Dorn (27) um die Drehachse des Anfahrstücks (8) drehbar ist.

25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch h gekennzeichnet,
daß der Dorn (27) eine von der Kreiszylinderfonn abweichende Mantelfläche aufweist.

26. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet,
daß der Dorn (27) eine im wesentlichen zylindrische Mantelfläche (28) aufweist und gegenüber dem verdrehbaren Anfahrstück (8) drehfest angeordnet ist.

27. Vorrichtung nach Anspruch 23 oder 26, dadurch h gekennzeichnet,
daß die Oberfläche des Dornes (27) lediglich auf der dem Zerstäubungsstrahl (6) zugewandten Seite zylindrisch ausgebildet ist, wobei sich diese Teilmantelfläche (28) des Zylinders - im Querschnitt gesehen - über einen Kreissektor mit einem Öffnungswinkel von weniger als 180° erstreckt und die übrigen Bereiche der Oberfläche des Dornes (27) innerhalb des gedachten Zylinders liegen.

28. Vorrichtung nach Anspruch 23 oder nach Anspruch 23 und einem der Ansprüche 24 - 27,
dadurch h gekennzeichnet,
daß die Befestigung des Dornes (27) zur Einrichtung des Winkels α zwischen der Längsachse des Dornes (27) und der Mittelachse des Zerstäubungsstrahles (6) einstellbar ausgeführt ist.

29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 28, dadurch gekennzeichnet,
daß der Dorn (27) bzw. die Begrenzungsflächen (18, 23) über einen Schwingungserreger in eine oszillierende Längsbewegung in Richtung der Drehachse des Anfahrstücks (8) versetzbar sind.

30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22, 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet,
daß der Dorn (27) bzw. die zylindrischen Begrenzungsflächen (18) über einen Schwingungserreger in eine oszillierende Drehbewegung um die Drehachse des Anfahrstücks (8) versetzbar sind.

31. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 30,
dadurch h gekennzeichnet,
daß der Dorn (27) bzw. die Begrenzungsflächen (18, 23) mit Kanälen (29) für die Durchleitung eines Kühlmediums durchzogen sind.

32. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 31, dadurch gekennzeichnet,
daß der Dorn (27) bzw. die Begrenzungsflächen (18, 23) gehärtet sind.

33. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 31, dadurch gekennzeichnet,
daß der Dorn (27) bzw. die Begrenzungsflächen (18, 23) mit Hartstoffen (z.B. Titannitrid, Titanoxid, Aluminiumoxid) bedampft sind.

34. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 31, dadurch gekennzeichnet,
daß der Dorn (27) bzw. die Begrenzungsflächen (18, 23) mit Keramik oder Hartmetall beschichtet sind.

35. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 34, dadurch gekennzeichnet,
daß der Kopf (25) des Anfahrstückes (8) auswechselbar ist.

36. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 - 35, dadurch h gekennzeichnet,
daß der Antrieb für die Rückzugsbewegung des Anfahrstückes (8) als Rollenantrieb (20) ausgebildet ist.

37. Vorrichtung nach Anspruch 36, dadurch h gekennzeichnet,
daß die Drehachsen der Rollen (20) schwenkbar ausgeführt sind.

Zeichnung